В середине 90-х годов прошлого века были проведены эксперименты по получению "двухфотонных" изображений с помощью пар запутанных фотонов . Однако оставался открытым вопрос, является ли запутанность (сцепленность) фотонов принципиально необходимой для этого и ряда других оптических эффектов. Американские ученые экспериментально и теоретически показали, что можно получать "двухфотонные" изображения и с помощью обычного света.

Рис.1. Схема эксперимента по получению двухфотонных изображений.

Одним из основных направлений квантовой оптики в последнее время является исследование свойств двухфотонного (состоящего из попарно коррелированных фотонов) света. Не в последнюю очередь это связано с тем, что двухфотонные состояния (пары запутанных фотонов) играют важнейшую роль в бурно развивающейся области квантовой информации, включающей квантовую криптографию, квантовые вычисления и т.д. Мы уже писали о двухфотонных лазерах , двухфотонной литографии, исследованиях поведения двухфотонного волнового пакета в оптоволокне и т.д. Одним из интересных эффектов квантовой оптики является получение так называемых двухфотонных изображений.

Получаются такие изображения следующим образом. Источник пар запутанных фотонов (о генерации пар запутанных фотонов см. в упомянутой новости) испускает фотоны; один из фотонов попадает в оптическую систему, содержащую некий объект, а второй - в другую оптическую систему, не содержащую объекта (см. рис.1). Детекторы, находящиеся на выходе этих оптических систем, регистрируют приход одиночных фотонов. Нетривиальность эффекта состоит в том, что изображение объекта, находящегося в пробной системе, получается с помощью детектора, находящегося в другой (контрольной) оптической системе (приход фотона фиксируется только при одновременном срабатывании двух детекторов).

Первые эксперименты, демонстрирующие подобный необычный эффект, были проведены еще в середине 90-х. Например, в работе [1] пара запутанных фотонов, имеющих различную поляризацию, разделялась с помощью поляризационного светоделителя, после чего один из фотонов проходил через щель (или систему с двумя щелями), а дифракционная (интерференционно-дифракционная) картина наблюдалась при регистрации прихода второго фотона из пары. Но оставался невыясненным вопрос, нельзя ли, каким-либо образом оперируя с коррелированными в классическом смысле фотонами, воспроизвести подобный эффект. В появившейся в прошлом году теоретической работе [2] ученых из Бостонского университета содержался вывод, что никакая сколь угодно сильная классическая статистическая корреляция не позволяет воспроизвести эффект, основанный на запутанности фотонов.

Рис.2. Схема экспериментальной установки, отражатель не синхронизирован с прерывателем.

Тот факт, что чисто квантовый эффект (запутанность фотонов) не может быть воспроизведен классическим образом, неоспорим. Однако исследователи из Рочестерского университета не согласились с выводом коллег, что для получения двухфотонных изображений принципиально необходимы пары запутанных фотонов [3]. В проведенных ими экспериментах использовался классический источник света (лазер), служивший источником коррелированных световых импульсов. Схема эксперимента изображена на рис. 2 (ср. со схемой на рис.1): пары импульсов формировались с помощью прерывателя и отражателя, один из них поступал в пробную оптическую систему, содержащую исследуемый объект, а второй - в контрольную, пустую, оптическую систему. Если ПЗС-камера работала не координированно с детектором (вне зависимости от срабатываний детектора в пробной системе), то никакого изображения, естественно, не регистрировалось. Если же работа ПЗС-камеры управлялась вторым детектором (камера фиксировала приход импульса только если срабатывал детектор в пробной системе, т.е. если объект не загораживал путь лучу), то в результате удавалось получить "двухфотонное изображение" (в данном случае это, конечно, условное название).

Результаты американских ученых показывают, что целый ряд интересных оптических эффектов может быть получен с классическими источниками света, что, безусловно, удобнее с практической точки зрения.

1. D.V.Strekalov, A.V.Sergienko, D.N.Klyshko, and Y.H.Shyh. Phys.Rev.Lett. v.74, 3600 (1995).

2.Ayman F.Abouraddy, Bahaa E.A.Saleh, Alexander V.Sergienko, and Malvin C.Teich. Phys.Rev.Lett. v.87, 123602 (2001).

3. Ryan S. Bennink, Sean J. Bentley, and Robert W. Boyd. Phys.Rev.Lett., v.89, 113601 (2002).

Е.Онищенко